Пермские ученые придумали новый способ снизить шум вертолета
Лопасти вертолета при полете создают вибрацию и шум, что приводит к дискомфорту пассажиров, увеличению нагрузки пилота, снижению долговечности компонентов конструкции. Для уменьшения этих эффектов существуют пьезоактуаторы — устройства, которые регулируют форму и наклон лопастей во время полета, чтобы те меньше вибрировали и шумели. Хотя теоретические основы таких «умных конструкций» уже существуют, их практическое применение требует разработки надежных методик проектирования. Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры лопасти позволяют добиться максимального изменения формы, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания.
Снижение вибраций и шума вертолета — это важная задача, направленная на повышение безопасности, комфорта, экономичности и экологичности вертолетных перевозок. Кроме того, эти негативные эффекты создают дискомфорт для людей, живущих вблизи аэропортов и вертолетных площадок, мешают отдыху, работе и даже влияют на здоровье: считается, что звук, который превышает 85 дБ, вреден, при этом вблизи вертолета он может достигать примерно 100-110 дБ. На таких высоких уровнях шума постепенно и незаметно повреждаются слуховые клетки. Человек может долго не осознавать проблему, пока она не станет заметной. Также постоянный высокий уровень шума негативно влияет на психологическое состояние, вызывает усталость и раздражительность.
Сегодня лопасти вертолетов делают в основном из композиционных материалов. Это позволяет снизить вес конструкции и при этом сохранить ее прочность и жесткость, а кроме того – интегрировать в конструкцию пьезоэлектрические актуаторы прямо в процессе изготовления. Пьезоактуаторы – это такие устройства, которые преобразуют электрический потенциал в деформацию. Они искривляются (растягиваются или сжимаются) и меняют форму лопасти – изгибают или скручивают ее. Таким образом, лопасть адаптируется к условиям полета, улучшаются летные характеристики.
Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры позволяют добиться максимального изменения формы лопасти, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Исследование проходило в два этапа. На первом ученые смоделировали деталь на компьютере. Они рассмотрели два варианта строения лонжерона – продольного несущего элемента для усиления лопасти: один имел C-образное строение, другой – D-образное. Пьезоактуаторы в обоих случаях были размещены на поверхности детали. Другими словами, ученые создали цифровой двойник конструкции, а затем провели моделирование его работы при воздействии управляющих электрических сигналов и эксплуатационных нагрузок.
Второй этап заключался в экспериментальной апробации цифровой модели.
– Для того, чтобы проверить, насколько достоверны данные, полученные с помощью цифрового двойника, мы провели аналогичные лабораторные испытания на реальном композиционном материале. В качестве образца использовался углепластик (один из самых распространенных композиционных материалов), толщина которого была такой же, как у обшивки исследуемой вертолетной лопасти. В рамках лабораторных экспериментов модельный образец был жестко закреплен с одной стороны.
В его центре размещен пьезоактуатор, на который с помощью высоковольтного усилителя и генератора сигналов подавалось разное электрическое напряжение – 200, 500 и 1000 В. При этом анализировалось его влияние на деформацию в углепластике. Угол закручивания измеряли высокоточными лазерными датчиками перемещения в трех местах – два по краям и один в центре, – рассказывает Екатерина Нуреева, аспирантка кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
При сравнении данных, измеренных датчиками, с результатами, полученными на цифровом двойнике, выяснилось, что погрешность разработанной модели не превышает 8%. Это значит, что она обладает высокой точностью и ее можно использовать для дальнейших исследований.
– Результаты численных экспериментов с использованием цифрового двойника позволили определить рациональные параметры конструкции. Для того, чтобы снизить шум и вибрацию композитного несущего винта вертолета, необходимо предотвратить возникновение создаваемого лопастью турбулентного потока. Этот эффект достигается при угле закручивания 4о, – поясняет Павел Писарев, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит достичь большего изменения угла закручивания и, как следствие, улучшить аэродинамические характеристики вертолетов. Результаты лабораторных испытаний подтвердили высокую точность предложенной модели, что открывает новые возможности для дальнейших исследований и практического внедрения технологий, направленных на повышение комфорта и безопасности вертолетных перевозок.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователям удалось обнаружить у побережья филиппинского острова Лусон останки «Хофуку Мару» — печально известного японского плавучего концлагеря, подорванного торпедой союзников в 1944 году. Затонувший корабль стал братской могилой более чем для тысячи военнопленных, находившихся на борту.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно